หน่วย3_สมดุลเคมี

ChEMICAL เคมี เลม่ 1 ชนั้ มัธยมศึกษาปีท่ี 5 กลมุ่ สาระการเรียนรู้วทิ ยาศาสตร์ หนว่ ยการเรียนรู้ท่ี 1 หน่วยการเรียนร้ทู ่ี 2 หนว่ ยการเรยี นรู้ที่ 3 Slide PowerPoint_สือ่ ประกอบการสอน นายสมั พนั ธ์ อรณุ เจรญิ กจิ

3หน่วยการเรยี นรู้ที่ สมดุลเคมี ผลการเรียนรู้ • ทดสอบ และอธิบายความหมายของปฏิกิรยิ าผันกลบั ได้และภาวะสมดลุ • อธิบายการเปลีย่ นแปลงความเขม้ ขน้ ของสาร อตั ราการเกิดปฏกิ ิริยาไปขา้ งหน้า และอัตราการเกดิ ปฏิกริ ิยาย้อนกลบั เมอ่ื เร่มิ ปฏิกิรยิ า จนกระท่ังระบบอยใู่ นภาวะสมดลุ • คานวณค่าคงทีส่ มดุลของปฏิกริ ิยา • คานวณความเขม้ ข้นของสารท่ีภาวะสมดลุ • คานวณคา่ คงทส่ี มดลุ หรอื ความเข้มขน้ ของปฏิกิรยิ าหลายขนั้ ตอน • ระบปุ ัจจัยที่มีผลต่อภาวะสมดุลและคา่ คงทส่ี มดลุ ของระบบ รวมท้ังคาดคะเนการเปลี่ยนแปลงท่ีเกิดข้นึ เมอ่ื ภาวะสมดลุ ของระบบถกู รบกวน โดยใช้หลักของเลอซาเตอลิเอ • ยกตวั อย่างและอธิบายสมดลุ เคมีของกระบวนการที่เกิดข้นึ ในสิ่งมีชวี ติ ปรากฏการณใ์ นธรรมชาติ และกระบวนการในอตุ สาหกรรม

ปฏกิ ิรยิ าเคมีท่ีผนั กลบั ได้และผนั กลับไม่ได้ ปฏกิ ริ ยิ าทผี่ ันกลับไม่ได้ ปฏกิ ริ ยิ าทีผ่ นั กลับได้ • เกิดในระบบเปดิ หรอื ระบบปิดกไ็ ด้ • เกิดในระบบปดิ เทา่ นั้น • มีเฉพาะการเปลี่ยนแปลงไปขา้ งหน้า • มที งั้ การเปลี่ยนแปลงไปขา้ งหน้า • ผลติ ภัณฑไ์ ม่เปลีย่ นกลบั มาเปน็ สารตง้ั ต้น • เม่อื ปฏิกิริยาเกิดขนึ้ สมบูรณใ์ นระบบสารตั้งตน้ และการเปลีย่ นแปลงย้อนกลบั จะหมดไป เหลอื แตผ่ ลติ ภัณฑท์ ีเ่ กดิ ขน้ึ • ผลติ ภัณฑ์สามารถเปล่ียนกลับมาเป็นสารตั้งตน้ ได้ • ในระบบจะมีทงั้ สารตั้งตน้ และผลิตภณั ฑ์อยทู่ กุ ชนิด ใชเ้ คร่ืองหมาย แทนปฏกิ ิรยิ าเคมีทผ่ี ันกลบั ได้ และเขียนลกู ศรไปกลบั ยาวเทา่ กัน แสดงวา่ ระบบเกิดภาวะสมดลุ (อัตราการเกดิ ปฏกิ ิรยิ าไปขา้ งหน้า = อตั ราการเกิดปฏกิ ริ ยิ าย้อนกลับ)

กราฟแสดงสมดลุ เคมี กราฟความสัมพนั ธร์ ะหว่างอัตราการเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมกี บั เวลา A2(g)+2B2(g) 2AB2(g) A2+2B2 2AB2 ที่เวลา t1 ระบบเรมิ่ เขา้ สูภ่ าวะสมดลุ อตั ราการเกดิ ปฏกิ ิรยิ าไปขา้ งหน้า ัอตราการเ ิกดปฏิ ิก ิรยา A2+2B2 2AB2 = 0 t1 2AB2 อตั ราการเกิดปฏกิ ิรยิ ายอ้ นกลับ เวลา A2+2B2

กราฟแสดงสมดลุ เคมี กราฟความสัมพันธร์ ะหว่างความเข้มขน้ ของสารกับเวลา XY แบบที่ 1 ท่ีสมดุล แบบที่ 2 ท่สี มดุล แบบท่ี 3 ทส่ี มดุล ความเข้มข้นของสารตงั้ ตน้ ท่ีเหลือ ความเขม้ ข้นของสารตั้งตน้ ท่เี หลือ ความเข้มข้นของสารต้งั ตน้ ที่เหลอื < > = ความเขม้ ขน้ ของผลิตภณั ฑ์ ความเขม้ ข้นของผลิตภณั ฑ์ ความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ [Y] [X] [[XY]] [X] [Y] ความเ ้ขมข้นของสาร ความเ ้ขมข้นของสาร ความเข้ม ้ขนของสาร 0 t1 เวลา 0 t2 เวลา 0 t3 เวลา • ท่สี มดลุ [X] < [Y] • ท่ีสมดุล [X] > [Y] • ทส่ี มดลุ [X] = [Y] • ระบบเริม่ เขา้ ส่สู มดลุ ณ เวลา t1 • ระบบเร่ิมเขา้ สสู่ มดลุ ณ เวลา t2 • ระบบเรม่ิ เขา้ สูส่ มดลุ ณ เวลา t3

คา่ คงท่สี มดลุ ความหมายและลักษณะของคา่ คงทีส่ มดุล อตั ราสว่ นระหวา่ งผลคณู ของความเข้มข้นของผลติ ภัณฑแ์ ตล่ ะชนดิ ยกกาลงั ดว้ ยเลข บอกจานวนโมลของผลติ ภณั ฑน์ ั้นๆ กับผลคณู ของความเข้มขน้ ของสารตัง้ ตน้ ท่ีเหลือ แต่ละชนดิ ยกกาลงั ดว้ ยตัวเลขบอกจานวนโมลของสารตั้งตน้ นั้น ๆ จะไดค้ า่ คงท่เี สมอ เรยี กว่า ค่าคงที่สมดุล (K หรอื Kc) aA (g) + bB (g) cC (g) + dD (g) K = [C]c[D]d [A]a[B]b ในกรณที ส่ี ารในภาวะสมดุลอย่ใู นสถานะของแขง็ (s) หรอื ของเหลว (l) จะมีความเขม้ ขน้ คงที่ การเขยี นค่าคงที่สมดลุ จึงไม่ต้องนามาคิด aA (s) + bB (aq) cC (g) + dD (l) K = [C]c [B]b

ค่าคงทส่ี มดลุ ความสัมพนั ธ์ของคา่ คงทส่ี มดลุ กบั สมการเคมี กรณที ่ี 1 เมอ่ื กลบั สมการเคมี จะไดว้ า่ Kใหม่ = 1 กรณที ่ี 2 Kเดิม กรณีที่ 3 เมอ่ื คณู หรอื หารตัวเลขใดๆ เขา้ ไปในสมการเคมี Kใหม่ = Kxเดมิ เมอ่ื x คือ ตวั เลขใดๆ Kใหม่ = x Kเดิม เมื่อ x คอื ตวั เลขใดๆ เมื่อคณู ตัวเลขใดๆ เขา้ ไปในสมการเคมี จะไดว้ า่ เมื่อหารตัวเลขใดๆ เขา้ ไปในสมการเคมี จะไดว้ า่ ในปฏกิ ริ ยิ าเคมที มี่ ีกลไกการเกิดปฏิกิรยิ าหลายข้ันตอน Kใหม่ = K1 x K2 ถา้ สมการเคมขี องปฏกิ ริ ิยารวมเกดิ จากการนาสมการเคมีย่อยมารวมกนั จะได้วา่ Kใหม่ = K1 ถา้ สมการเคมีของปฏกิ ิรยิ ารวมเกิดจากการนาสมการเคมยี อ่ ยมาลบกัน จะได้วา่ K2

คา่ คงท่สี มดุล คา่ คงที่สมดลุ ในรปู ของความเข้มขน้ และในรูปของความดัน ปฏกิ ิริยาทเ่ี ป็นแก๊ส คา่ คงทสี่ มดุลเขียนอยู่ได้ทัง้ ในรปู ของความเข้มขน้ (Kc) หรอื เขยี นอยใู่ นรปู ของความดนั (Kp) aA (g) + bB (g) cC (g) + dD (g) สามารถเขยี นคา่ คงท่สี มดลุ ได้ ดังนี้ Kc= [C]c[D]d หรอื Kp= PcCPdD [A]a[B]b PaAPBb ความสัมพนั ธข์ อง Kp กับ Kc เปน็ ดงั น้ี Kp=Kc(RT)∆n ∆n คอื จานวนโมลรวมของผลติ ภณั ฑ์ที่เปน็ แกส๊ - จานวนโมลรวมของสารตงั้ ต้นทีเ่ ป็นแกส๊ Kp จะเท่ากับ Kc เมอื่ จานวนโมลรวมของผลติ ภัณฑท์ ่เี ปน็ แกส๊ เท่ากับจานวนโมลรวมของสารตง้ั ตน้ ท่เี ป็นแกส๊

ปัจจยั ทม่ี ผี ลตอ่ ภาวะสมดุล ผลของการเปล่ยี นแปลงความเขม้ ข้นต่อภาวะสมดลุ เม่อื [A] เกิดปฏิกิริยาไปข้างหนา้ มากขึ้น ความเ ้ขม ้ขน (mol/dm3)A (aq) + B (aq) C (aq) เม่อื [B] เมื่อ [C] ท่ีสมดลุ ใหม่ [A] ลดลง แตม่ ากกวา่ สมดุลเดิม [A] [B] [C] [B] ลดลง [C] [C] เพ่ิมขึน้ [A] เวลา (s) [B] เกดิ ปฏกิ ิรยิ ายอ้ นกลบั มากขน้ึ 0 t1 t2 t3 ท่สี มดลุ ใหม่ [A] เพิ่มขน้ึ [B] เพ่ิมขน้ึ แต่นอ้ ยกว่าสมดลุ เดิม [C] เพิม่ ข้ึน เกิดปฏิกริ ิยาย้อนกลับมากขน้ึ ท่ีสมดลุ ใหม่ [A] เพ่ิมข้ึน [B] เพม่ิ ขึ้น [C] ลดลง แต่มากกว่าสมดุลเดิม



ปัจจยั ทมี่ ีผลตอ่ ภาวะสมดลุ ผลของการเปล่ียนแปลงความดันต่อภาวะสมดลุ เมอ่ื จานวนโมลรวมของแก๊สในสารตัง้ ต้นไมเ่ ทา่ กับ เมอ่ื จานวนโมลรวมของแก๊สในสารตงั้ ต้นเท่ากับ จานวนโมลรวมของแก๊สในผลิตภณั ฑ์ จานวนโมลรวมของแก๊สในผลิตภณั ฑ์ X (g) + 3Y (g) 2Z (g) X (g) + Y (g) 2Z (g) เพิ่มความดัน เพม่ิ ความดนั ไม่รบกวนภาวะสมดุล ระบบจะปรับตัวเพือ่ ลดความดนั โดยการทาใหจ้ านวนโมลรวมของแกส๊ ในระบบลดลง สมดุลจะเลอื่ นไปด้านที่มจี านวนโมลรวมของแก๊สน้อย ลดความดัน ไม่รบกวนภาวะสมดุล (เลอื่ นไปข้างหนา้ ) ลดความดัน ระบบจะปรบั ตัวเพ่ือเพม่ิ ความดัน โดยการทาใหจ้ านวนโมลรวมของแกส๊ ในระบบเพิม่ ขนึ้ สมดุลจะเลือ่ นไปดา้ นที่มจี านวนโมลรวมของแกส๊ มาก (เล่ือนย้อนกลับ)



ปจั จัยทม่ี ีผลต่อภาวะสมดลุ ผลของการเปลยี่ นแปลงอุณหภมู ติ ่อภาวะสมดุล เพิ่มอณุ หภมู ิ สมดลุ จะปรบั ตัวไปในทิศทางทต่ี ้องลดอุณหภูมิ คายความรอ้ น จงึ เกดิ ปฏิกิรยิ ายอ้ นกลับมากขึน้ ความเข้มข้นของาร (mol/dm3) A (g) 2B (g) + x kJ ทส่ี มดุลใหม่ [B] ลดลง ดดู ความรอ้ น [A] เพมิ่ ขึ้น เพมิ่ อุณหภูมิ ลดอุณหภมู ิ ลดอุณหภมู ิ สมดลุ จะปรบั ตวั ไปในทศิ ทางที่ต้องเพ่ิมอุณหภูมิ [B] [A] จึงเกิดปฏกิ ิรยิ าไปขา้ งมากขึน้ ทีส่ มดลุ ใหม่ [A] ลดลง [B] เพ่มิ ข้ึน 0 t1 t2 อุณหภูมิ (℃)